高速给水曝气生物滤池及应用其预处理微污染原水的方法

摘要

本发明公开了高速给水曝气生物滤池及应用其预处理微污染原水的方法。高速给水曝气生物滤池包括升流式曝气滤池为两座，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊上方，配水渠道包括总进水渠、配水渠之一、配水渠之二、滤网框和带滤网固定格栅。预处理微污染原水的方法是，原水经过配水和滤网框截滤后进入滤池下部配水区，再经滤头配水，自下而上流经滤池的卵石承托层和双层陶粒滤料，气水同向以及采用双层轻质给水陶粒滤料则延缓了滤池水头损失的增速，为高速过滤和采用集中的鼓风曝气系统创造了必要的水力条件。本发明水力负荷高，造价低，节能，有机物和氨氮净化效率有保障，适于微污染水源的给水生物预处理。

说明书

技术领域

本发明涉及给水预处理领域，具体是涉及高速给水曝气生物滤池及应用其预处理微污染原水的方法。

背景技术

曝气生物滤池是20世纪80年代末发展起来的一种新型的污水处理技术，该技术采用高比表面积的粒状填料作为生物膜载体，单位池体的微生物量多，氧利用率高，出水水质好，后续不需设二次沉淀池，占地面积小，能耗低，且由于采用模块化结构，自动化程度高，运行可靠，易于管理，在国内外污水处理中得到了广泛的应用。近年来，由于城市饮用水源有机污染日益严重，而我国城市供水水质标准有所提高，迫切需要在常规的“混凝-沉淀-砂滤-消毒”城市给水处理工艺中引入生物预处理技术，将原水中的有机物和氨氮处理达到相应水源水质标准。城市给水生物预处理期待曝气生物滤池工艺技术，但是微污染原水生物预处理与污水的深度处理在水质方面存在显著差别，具体为：(1)原水含有多种杂质以及藻类和贝类等水生生物，需要采取措施防止滤头堵塞；(2)虽然原水的有机物含量少，滤料表面的生物膜基本处于零增长，但是原水含有悬浮物往往引起滤池水头损失增加较快，既不利于节省提升水头，也不利于采用集中曝气系统，需要采取措施控制水头损失的增速；(3)原水的有机污染物及氨氮浓度与污水相比低很多，适合采用较大的水力负荷；(4)原水不似城市污水，水质往往随季节显著变化，春夏丰水期的污染物浓度低，有机物易于去除且需氧量很低，甚至无需曝气；秋冬枯水期的有机物和氨氮浓度高且温度低，所需气水比相应提高，但也仅相当于城市污水处理水的10％～20％，故曝气系统需要满足低气水比条件。因此，直接采用污水曝气生物滤池工艺并不能取得令人满意的效果。

曝气生物滤池按水流方向可以分为升流式和降流式两种形式。为了避免水中杂质堵塞预处理曝气生物滤池的滤头，国内已见采用降流式给水曝气生物滤池的工程试验，但是由于给水预处理曝气生物滤池的滤速往往是污水曝气生物滤池的1.5～2.5倍，水流与气流逆向不仅造成水头损失大幅增加，也严重影响了曝气效果，故不适合采用降流式。升流式气水同向流，曝气效果有保障，但滤池下部的配水配气长柄滤头易被杂质堵塞，仍需必要的前处理。污水曝气生物滤池通常以“细格栅-沉砂池-沉淀池-超细格栅”工艺进行前处理，既能够防止水中杂质堵塞配水系统，又降低悬浮物浓度，延长反冲洗周期。如果给水曝气生物滤池工艺采用相同的前处理单元，则占地面积和投资过大，失去技术优势。

申请号为200610035882.0的中国发明专利申请公开了一种叠式曝气生物滤池专利技术，以第一级降流式大颗粒滤料滤池作为前处理，以第二级升流式曝气生物滤池去除水中污染物。第一级滤池主要作用是去除水中杂质和可沉浊度，防止水中杂质堵塞第二级滤头，并使第二级滤池在反冲洗前后水头损失变化很小，适合采用集中的曝气系统，不仅曝气鼓风机台数少，而且易季节性调节供气量，显著节能。叠式曝气生物滤池的第二级滤池采用较小粒径的滤料，故比表面积很大，能够承受较大的冲击负荷，适合用于原水污染程度较高的场合。对于污染轻微的原水，虽然生物预处理效果很好，但是叠式曝气生物滤池采用高滤速时水头损失较大，提高滤速受限，故其净化优势不能充分施展，存在进一步简化工艺的空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有曝气生物滤池工艺应用于给水生物预处理中存在的上述缺陷，提供一种水头损失小、滤速快的预处理氨氮和有机微污染原水的高速给水曝气生物滤池。

本发明的另一目的在于提供应用上述高速给水曝气生物滤池预处理微污染原水的方法。

本发明中原水取自未经预处理的受到氨氮和有机物微污染的给水水源，给水为日常生活用水。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

高速给水曝气生物滤池，包括配水渠道和升流式曝气滤池，所述升流式曝气滤池为两座，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊上方，所述配水渠道包括总进水渠、配水渠之一、配水渠之二、滤网框和带滤网固定格栅，总进水渠通过进水闸门分别与其两侧的配水渠之一连通，两配水渠之一分别与其外侧的配水渠之二连通，滤网框和带滤网固定格栅均设置在配水渠之二内，滤网框的底部放置在带滤网固定格栅之上，两配水渠之二分别通过进水管与两座升流式曝气滤池的位于管廊下端的配水配气槽连通。

为进一步实现本发明目的，所述升流式曝气滤池为升流式双层滤料曝气生物滤池，升流式双层滤料曝气生物滤池的池体内从下到上依次设有长柄滤头、滤板、卵石承托层、下层较大粒径轻质给水陶粒滤料和上层较小粒径轻质给水陶粒滤料，长柄滤头安装在滤板中，卵石承托层内设有膜孔曝气管，在池体上端外侧设有出水槽，出水槽通过栅型整流板与池体连接；两升流式双层滤料曝气生物滤池的膜孔曝气管分别通过曝气支管与曝气干管连接，曝气干管与曝气鼓风机连接；配水配气槽与池体下端连通；所述下层较大粒径轻质给水陶粒滤料的粒径为8～12mm，上层较小粒径轻质给水陶粒滤料的粒径为5～8mm。

所述升流式曝气生物滤池还设有集中的气水联合反冲洗系统，包括气反冲洗干管、气反冲洗支管、水反冲洗干管、水反冲洗支管、反冲洗水泵和反冲洗鼓风机；所述反冲洗水泵的出水管和水反冲洗干管连接；所述反冲洗鼓风机与气反冲洗干管连接；气反冲洗干管分别与两气反冲洗支管连接，气反冲洗支管与两配水配气槽连接；水反冲洗干管分别与两水反冲洗支管连接，水反冲洗支管与两配水配气槽连接。

所述水反冲支管上设有反冲洗进水蝶阀；所述气反冲洗支管上设有反冲洗气进气蝶阀。

所述与配水渠之二和配水配气槽连通的进水管上设有进水蝶阀。

应用高速给水曝气生物滤池预处理微污染原水的方法：原水经过机械细格栅后从进水渠的进水闸门分别进入两配水渠之一，溢流进入配水渠之二，然后先流经滤网框，再流经带滤网固定格栅。滤网框起截滤杂质的作用，将尺寸≥2mm杂质截滤去除。滤网框可以取出清理，而带滤网固定格栅平时起承托滤网框的作用，当滤网框取出时，带滤网固定格栅也起截滤尺寸≥2mm杂质的作用。经过滤网的原水由配水渠之二收集后从进水管进入对应的升流式曝气滤池配水配气槽，然后配入升流式曝气生物滤池体内向上流动；置于卵石垫层内的膜孔曝气管由曝气鼓风机供气，通过膜孔曝气管上的多个膜孔连续进行曝气，为卵石垫层、下层较大粒径轻质给水陶粒滤料和上层较小粒径轻质给水陶粒滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与滤料吸附和截滤作用下，去除水中的氨氮、有机物、浊度、藻类和部分重金属，净化后的水通过栅型整流板溢流进入出水槽，然后汇流进入水厂常规处理系统。

本发明的原理：经过滤网的原水由配水渠收集后从进水管进入升流式双层滤料曝气生物滤池体内向上流动。由于微污染原水的微生物增殖缓慢，升流式曝气生物滤池的水头损失的增加主要是去除浊度造成的。采用粒径较大的双层轻质给水陶粒滤料，截滤浊度的能力下降，纳污能力提高，减缓了水头损失的增长，延长了滤池的反冲洗周期，可以使升流式双层滤料曝气生物滤池在反冲洗前后水头损失变化较小，不仅降低了提升能耗，也是提高滤速和采用集中的鼓风曝气系统的前提条件。对于受氨氮和有机物轻微污染的原水，提高滤速是减小生物预处理工程占地面积、降低工程投资及运行成本的关键所在；采用集中的曝气系统而又不会造成各个滤池之间曝气不均，不仅可以大大减少鼓风机台数以及增加备用，还可以通过开启鼓风机台数简单而有效地调节供气量，以适应原水水质的季节性变化对供气量的不同需要，避免复杂的节能措施；升流式双层滤料曝气生物滤池以预处理出水作为反冲洗水源，反冲洗排水与预处理出水混合排放，显著降低了自用水消耗以及对后续混凝反应的不利影响；尽管采用粒径较大的双层陶粒滤料减少了比表面积，但是升流式双层滤料曝气生物滤池依然拥有较大的比表面积，能够维持较大的生物量和稳定的生物链，使滤池能够高效稳定地运行，有效保证了对II～III类微污染原水的生物预处理净水效果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、高速给水曝气生物滤池对微污染原水氨氮和有机物净化效率高，可以实现给水生物预处理改善原水水质的目标。

2、高速给水曝气生物滤池应用于微污染原水预处理，在机械格栅后采用滤网框与带滤网固定格栅共同截滤杂质，能够有效防止原水杂质堵塞滤头。

3、高速给水曝气生物滤池采用升流式，选择粒径较大的双层轻质给水陶粒滤料，降低了浊度去除率，减小了水头损失，降低了提升能耗，水力负荷较大且具有适当的氨氮容积负荷。

4、高速给水曝气生物滤池采用集中的鼓风机供气系统且不会造成各个滤池之间曝气不均，不仅大大减少鼓风机台数以及增加备用，节约大量设备投资，减少设备维护管理工作量，提高运行可靠性，还可以通过调整鼓风机运行台数以适应原水水质季节性变化对供气量的不同需要，避免采用复杂的节能措施，运行费用也显著降低。

5、高速给水曝气生物滤池以预处理出水作为反冲洗水源，反冲洗水与预处理出水混合排放，显著自用水消耗以及对后续混凝反应的不利影响。

6、高速给水曝气生物滤池的配水渠道位于两座升流式双层滤料曝气生物滤池中间且共壁构成“品”字形结构，三者之间的空间作为共同的管廊，用于布置各种管道和阀门以及设备。不仅便于维护管理，也能显著节省占地和降低造价。

附图说明

图1是本发明高速给水曝气生物滤池俯视示意图。

图2是图1中A-A向的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明，但本发明要求保护的范围并不局限于该具体实施方式表述的范围。

如图1、2所示，高速给水曝气生物滤池包括配水渠道和升流式曝气滤池，所述升流式曝气滤池为两座，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊25上方。配水渠道包括总进水渠1、配水渠之一3、配水渠之二4、滤网框5和带滤网固定格栅6，总进水渠1分别通过两进水闸门2与其两侧的配水渠之一3连通，配水渠之一3与配水渠之二4共壁，该壁的顶部为溢流堰，使配水渠之一3与配水渠之二4溢流连通，滤网框5和带滤网固定格栅6均设置在配水渠之二4内，滤网框5的底部放置在带滤网固定格栅6之上。配水渠道下方设有一个与其投影面积相同，高度优选为3.5～4.5m的管廊25，所述升流式曝气滤池优选为升流式双层滤料曝气生物滤池。两座升流式双层滤料曝气滤池位于管廊25与配水渠道的两侧，位于管廊25内的进水管8分别与配水渠4和升流式双层滤料曝气滤池的配水配气槽10连接。与配水渠之二4和配水配气槽10连通的进水管8上设有进水蝶阀9。滤网框5附件设有渣车32，可将其截滤的杂质可就近倒入渣车32。

如图1、2所示，两升流式双层滤料曝气滤池结构相同，对称布置，都包括池体7、进水管8、配水配气槽10、长柄滤头11、滤板12、膜孔曝气管13、卵石承托层14、下层较大粒径轻质给水陶粒滤料15和上层较小粒径轻质给水陶粒滤料16、栅型整流板17和出水槽18以及集中的鼓风曝气系统。所述配水配气槽10与升流式双层滤料曝气滤池体7连通，滤池体7内从下到上分别设有长柄滤头11、滤板12、卵石承托层14、下层较大粒径轻质给水陶粒滤料15、上层较小粒径轻质给水陶粒滤料16，长柄滤头11安装在滤板12中，卵石承托层14内设有膜孔曝气管13。在池体7上端外侧设有出水槽18，出水槽18通过栅型整流板17与池体7连接，即栅型整流板17安装在出水槽18的内侧。配水配气槽10与池体7下端连通。下层较大粒径轻质给水陶粒滤料15和上层较小粒径轻质给水陶粒滤料16的材质相同，主要为粘土，两者的表观密度约1.05～1.2g/cm3。下层较大粒径轻质给水陶粒滤料15的粒径为Φ8～12mm，上层较小粒径轻质给水陶粒滤料16的粒径为Φ5～8mm。栅型整流板由宽50mm的栅板间隔50mm分两排交错排列，用以阻挡陶粒滤料的流失。升流式双层滤料曝气生物滤池设有集中的鼓风曝气系统，包括曝气干管28、曝气支管29、膜孔曝气管13和曝气鼓风机31。所述曝气鼓风机31与曝气干管28连接，曝气干管28主要设在滤池顶部，曝气干管28分别与两升流式曝气生物滤池的曝气支管29连接，曝气支管29与设置滤池承托层中的膜孔曝气管13连接。

升流式双层滤料曝气生物滤池还设有集中的气水联合反冲洗系统，包括气反冲洗干管19、气反冲洗支管20、水反冲洗干管22、水反冲洗支管23、反冲洗水泵26和反冲洗鼓风机27。所述反冲洗水泵26从生物预处理出水井取水，其出水管和水反冲洗干管22连接；所述反冲洗鼓风机27与气反冲洗干管19连接；设在管廊25内的气反冲洗干管19分别与两升流式曝气生物滤池的气反冲洗支管20连接，气反冲洗支管20分别与两配水配气槽10连接；设在管廊内的水反冲洗干管22分别与两升流式曝气生物滤池的水反冲洗支管23连接，水反冲洗支管23分别与两配水配气槽10连接。水反冲支管23上设有反冲洗进水蝶阀24；气反冲洗支管20上设有反冲洗气进气蝶阀21。

应用高速给水曝气生物滤池预处理微污染原水时，原水经过机械细格栅后从进水渠1的进水闸门2进入配水渠3，溢流进入配水渠之二4，实现各座滤池等量配水，然后经过滤网框5和带滤网固定格栅6，将尺寸≥2mm杂质截滤去除，防止穿透机械细格栅的水中杂质堵塞滤头。滤网框5可以根据需要随时更换，框中截滤的杂质倒入渣车33，并可就地清洗备用。带滤网固定格栅6平时起承托滤网框5的作用，在滤网框5处于更换过程中，带滤网固定格栅6也起截滤杂质的作用。带滤网固定格栅6清除杂质需要关闭进水闸门2，停水更换滤网。经过滤网的原水由配水渠之二4收集后从进水管8进入配水配气槽10，然后配入升流式双层滤料曝气生物滤池体7内向上流动；置于卵石垫层14内的膜孔曝气管13由曝气鼓风机31供气，通过膜孔曝气管13上的多个膜孔连续进行曝气，为卵石垫层14、下层较大粒径轻质给水陶粒滤料15和上层较小粒径轻质给水陶粒滤料16上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与滤料吸附和截滤作用下，去除水中的氨氮、有机物、浊度、藻类和部分重金属，净化后的水通过栅型整流板17溢流进入出水槽18，然后汇流进入水厂常规处理系统。

本发明的高速给水曝气生物滤池预处理微污染原水时，由曝气鼓风机31集中曝气，通过开启鼓风机31台数调节供气量，以适应原水水质的季节性变化对供气量的不同需要。

当升流式双层滤料曝气生物滤池需要反冲洗时，关闭进水蝶阀9，开启反冲洗气进气蝶阀21和反冲洗鼓风机27，反冲洗空气经气反冲干管19和气反冲支管20入池，通过配水配气槽10以及长柄滤头11均匀分布。滤料表面和缝隙中的悬浮物在气流的强烈摩擦下脱落。数分钟后，开启反冲洗进水蝶阀24和反冲洗水泵26，反冲洗水经水反冲干管22和水反冲支管23入池，通过配水配气槽10以及长柄滤头11均匀分布，气水共洗数分钟，将滤层中脱落的生物膜随冲洗水经栅型整流板17溢流进入出水槽18，然后汇流进入水厂常规处理系统。本滤池结束反冲洗的程序为：停反冲洗水泵26，关闭反冲洗进水蝶阀24；停反冲洗鼓风机27(或开启下一座滤池的反冲洗气进气蝶阀)，关闭反冲洗气进气蝶阀21，开启进水蝶阀9，恢复正常进水。

本发明高速给水曝气生物滤池采用“品”字型布置，将一配水渠道布置在中央，两座升流式双层滤料曝气生物滤池分列两侧。曝气生物滤池需要较大的管廊，配水渠道布置在管廊上方，有效利用了空间，显著节省占地和降低造价。高速给水曝气生物滤池逐池进行反冲洗，通过阀门切换避免反冲洗风机和水泵频繁开启，全程自动控制。

利用本发明高速给水曝气生物滤池预处理微污染原水，可以防止堵塞滤头，而且水力负荷大，水头损失小，节能降耗，运行费用低，自动化程度高，占地面积小，能有效去除微污染原水中的氨氮和有机物，实现微污染原水的生物预处理工艺目标。